原位自生钛基复合材料最佳铣削温度区间的研究

为实现钛基复合材料的高效、低损伤铣削加工及降低该材料的铣削加工成本,对其最佳铣削温度区间进行研究。采用聚晶金刚石(PCD)刀具,研究切削温度对铣削该复合材料时的刀具寿命、刀具磨损和加工表面质量的影响规律。试验结果表明:PCD刀具的最佳铣削温度区间为500℃-600℃,考虑切削过程中刀具磨损对切削温度的影响,PCD刀具铣削钛基复合材料时的最佳初始切削温度区间为420℃-480℃;PCD刀具在最佳铣削温度区间切削时,刀具崩刃和磨粒磨损显著减轻,且适当提高切削速度并减小进给量可进一步延长刀具寿命;在高于最佳铣削温度下切削时,刀具扩散磨损剧烈,且加工表面变质层深度显著增大。研究得出以下结论:PCD刀具高速铣削钛基复合材料时存在最佳铣削温度区间和最佳初始切削温度区间,在最佳铣削温度下切削有利于增强相被刀具原位压入基体或随基体一起协同变形发生转动,从而明显减少加工表面的划痕、微坑洞、撕裂等缺陷。     

7075-T651铝合金薄壁件加工仿真研究

针对薄壁件加工中难以选择刀具几何参数和切削参数等问题,基于金属切削仿真软件Advant Edge建立了硬质合金圆柱铣刀高速铣削7075-T651铝合金薄壁件有限元模型,采用单因素试验法仿真分析了切削参数对切削力、切削温度的影响,以及圆柱铣刀的前角和刀尖圆弧半径对切削性能的影响。为薄壁零件加工中选择合理刀具几何参数与切削参数提供了可靠的依据。     

基于ABAQUS的刀具几何参数对铣削HT250铸铁变截面涡旋盘的影响

由于变截面涡旋盘加工比较复杂,且加工精度要求高,需考虑刀具几何参数。开展HT250铸铁变截面涡旋盘高速铣削仿真,研究刀具几何参数对其的影响,并通过试验加工出变截面涡旋盘实体;构建由三段基圆渐开线组成的变截面涡旋盘数学模型,建立三维铣削模型和简化后的二维铣削模型,基于ABAQUS软件分析加工时刀具前角、后角和钝圆半径对铣削力和铣削温度的影响规律,得到不同刀具几何参数的铣削应力云图和铣削温度分布云图。通过刀具几何参数对变截面涡旋盘铣削力和铣削温度影响规律的研究,为选择合理的刀具几何参数提供依据和参考,便于提高变截面涡旋盘加工精度。     

PCD刀具高速车削和铣削钛基复合材料的切削温度研究

使用聚晶金刚石刀具,在切削速度为15-150m/min范围内对体分比为0-10%的颗粒增强及颗粒/晶须混合增强钛基复合材料进行车削和铣削试验。分别采用自然热电偶和半自然夹丝热电偶法对车削和铣削时的切削热电势进行了测量,并用比较法快速标定系统对热电势进行了标定。结果表明:PCD刀具切削钛基复合材料时,切削温度随切削速度的增加而显著增加,切削速度从15m/min增大到150m/min时,切削温度从260℃增加到590℃。研究发现,刀具磨损对切削温度存在显著影响,磨损刀具(VB=0.1mm)比新刀的切削温度普遍高60-90℃。切削体分比为5%钛基复合材料时的温度高于其基体材料(钛合金TC4)的切削温度,但随增强相含量的进一步增大,切削温度反而略有降低(降低5%)。由于PCD刀具在较高速度下切削钛基复合材料时切削温度接近或超过PCD刀具在空气中的使用温度,切削过程中刀具会发生明显的化学磨损,从而在前刀面形成显著的月牙洼磨损形态。     

钛合金TC4高速切削温度场数值仿真

利用专用有限元切削仿真软件,对钛合金TC4高速铣削温度场进行数值仿真。研究切削参数与刀具几何参数对刀具前、后刀面温度及其分布的影响规律。在设定的切削条件下,仿真结果表明:前刀面和后刀面随主轴转速、每齿进给量和径向切深的增加而有不同程度的温升,而轴向切深几乎不对切削温度产生影响;切削温度随刀具直径的增加而增加,但是随着刀具前、后角的增加,切削温度呈先增后减的趋势。     

超声高速铣削SiC_P/Al试验研究

颗粒增强铝基复合材料(SiC_P/Al)以其优异的性能倍受世界各国重视。但由于其内部含有高强度、高硬度的增强颗粒(SiCP),使得切削加工变得非常困难。为解决SiC_P/Al的机械加工难题,利用自主研制的超声铣削系统,对高速超声铣削SiC_P/Al进行了实验研究。文中分析了切削参数对切削力的影响,并对普通与超声加工SiCP的变形破坏方式、工件表面的微观结构和切削过程中的刀具磨损状况进行了对比分析。研究表明:与普通铣削相比,超声高速铣削可以降低铣削力;使用PCD刀具在高速铣削时,可有效改善SiC_P/Al工件表面质量。     

加工Ti-6Al-4V硬质合金立铣刀的几何参数优化仿真研究

Ti-6Al-4V属于难加工材料,具有热导率低、加工硬化现象严重和弹性模量低等特点,而硬质合金刀具对该材料具有较好的加工性能。刀具的几何参数对刀具上的应力、切削力、切削温度和加工表面质量有重要影响,故可以通过优化刀具几何参数来获得刀具的最优切削性能。建立三维铣削有限元模型,经过切削仿真试验分析硬质合金平头立铣刀的螺旋角、径向前角及径向后角对切削过程中的最大正应力、切削力及切削温度的影响,实现刀具几何参数的优化设计。     

PCD刀具几何参数对铝合金切削力的影响

研究了不同几何参数的PCD刀具车削铝合金时切削力的变化规律。分别改变刀具的前角、后角和刀尖圆弧半径三个几何参数进行单因素切削试验,通过Kistler测力仪获取三向切削力,通过所获试验数据分析了金属切削过程和PCD刀具几何参数对切削力的影响。     

基于AdvantEdge的6061铝合金高速铣削刀具结构参数优化研究

高速铣削过程中,刀具结构参数对刀具的切削性能有非常重要的影响。本文利用专用切削加工有限元分析软件AdvantEdge对6061铝合金高速铣削刀具进行了有限元分析。采用等效二维有限元仿真方法,结合单因素寻优设计方法,分析了硬质合金和高速钢刀具主要的宏、微观参数(包括刀具刃口钝圆半径、前角和后角等)对铣削加工过程中的温度、应变、切削力等参数的影响趋势。仿真结果显示,为获得较好的切削效果,铣刀取较小的刃口钝圆半径(即0.04mm左右);可取较大的前角和后角,前角为12°-15°,后角为15°-20°。     

高速铣削淬硬钢表面粗糙度的试验研究

通过切削试验研究了高速铣削淬硬钢时刀具变量中的几何参数(铣刀的前角、后角、螺旋角)、工件变量(工件硬度)和切削参数变量(铣削速度、每齿进给量)对加工表面粗糙度的影响。根据对试验结果的分析得出高速铣削淬硬钢工件表面粗糙度的变化规律。     

T6热处理对SiC_p/Al复合材料高速铣削加工性的影响

使用聚晶金刚石(PCD)刀具,在切削速度为1200m/min下对碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料进行铣削加工试验,研究SiCp/Al复合材料经T6热处理后对其高速铣削加工性的影响。结果表明:经T6热处理后,切削力/切削温度明显高于未热处理材料,切屑锯齿形明显,加工过程不稳定性增加,刀具承受冲击作用增大,导致PCD刀具发生较严重的崩刃、剥落、冲击裂纹等磨损形式,从而刀具使用寿命显著低于高速铣削未热处理材料。T6热处理材料高速铣削表面粗糙度Ra/Rz值一般低于未热处理材料,其加工表面变质层深度也显著低于未热处理材料,加工表面存在较少的坑洞、微裂纹、基体撕裂、基体涂覆等加工所致缺陷。     

PCD刀具高速铣削SiCp/Al复合材料切削温度试验研究

采用夹丝半人工热电偶法,在600- 1200m/min速度范围内对PCD刀具高速铣削SiCp/2009Al复合材料时的切削温度进行了研究,采用单接点热电偶快速标定装置对热电偶(SiCp/2009Al—康铜)测量的热电势进行了标定试验,获得了各种复合材料的温度标定曲线.研究结果表明,在本文试验条件下,铣削温度瞬时最高值可...     

高速铣削高体积分数SiCp/Al复合材料表面形貌及切屑机制的研究

为了研究高体积分数SiCp/Al复合材料的切削机理及工件表面形貌,采用PCD刀具对干式切削和水溶性冷却液浇注冷却的湿式切削两种切削条件下的高速铣削进行了研究。结果表明,在对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行高速铣削时,干式切削无论是在工件已加工表面形貌和微观结构,还是在切屑形成及形貌上,都好于湿式切削。两种切削条件下均可获得较理想的表面粗糙度。     

SiCp/Al复合材料高速铣削的有限元仿真研究

运用有限元分析软件ABAQUS建立了三维斜角铣削模型,对SiCp/Al复合材料的的高速铣削过程进行模拟。首先分析了切削过程中SiCp/Al复合材料的应力、应变的分布规律,然后分析了不同等效切削厚度对切屑形状和温度场的影响,最后分析了切削参数对切削力的影响规律。铣削过程的有限元模拟为SiCp/Al复合材料高速铣削加工的工艺参数优化、刀具参数的合理选择提供了参考。     

基于AdvantEdge仿真的刀具几何参数对钛合金Ti6Al4V切削力的影响研究

利用切削仿真软件Advant Edge对高速切削Ti6Al4V切削过程进行有限元模拟,研究了切削速度为200m/min、切削深度为0.085mm时刀具几何参数(前角γ_o、后角α_o、钝圆半径r_ε)对切削力的影响。通过分析计算求得切削力随刀具几何参数变化的一阶响应面数学模型,实现了利用刀具几何参数对切削力的预测,并通过误差计算和方差分析证明了预测模型的有效性。研究发现,在给定的参数变化范围内,刀具几何参数对_影响作用的大小顺序为前角γ_o钝圆半径r_ε后角α_o;对F_z影响作用的大小顺序为钝圆半径rε前角γ_o后角α_o。     

工件材料特性对SiC_p/Al复合材料高速铣削加工性的影响

使用聚晶金刚石刀具(PCD),在切削速度为1 200 m/min下,研究了增强颗粒体分比与尺寸、热处理状态和冷却方式等对SiC p/2009Al复合材料高速铣削加工性的影响。结果表明:减小体分比或使用冷却液有助于明显改善SiC p/2009Al复合材料高速铣削加工性。材料经热处理后,加工表面质量明显提高,但切削力显著增大、刀具耐用度明显降低、切屑锯齿形更加明显。体分比一定时,在一定程度范围内增大增强颗粒尺寸有助于降低切削力和切削温度、延长刀具耐用度,但加工表面质量有所下降。     

高速面铣加工的动态铣削力和刀具振动研究

基于力学式切削力预测方法建立了面铣刀动态铣削模型,该模型充分考虑切削厚度、刀具前角和刀具后刀面磨损对铣削力的影响.在Matlab/Simulink环境下,进行了动态铣削力和刀具振动仿真及其频谱分析,并根据仿真结果对转速、齿数、刀具磨损量等影响因素进行了分析验证,该模型有利于揭示各切削参数对动态铣削力和刀具振动的影响规律,从而为实现切削加工参数优化提供理论支持.     

刀具角度对钢轨铣削温度的仿真与试验研究

刀具角度与切屑的形成、铣削力、铣削温度、刀具磨损和被加工表面质量有着重要的联系。为了分析刀具几何角度对第一变形区铣削温度的影响,利用Advant Edge对U71Mn铣削过程建立了3D仿真模型;同时,采用K型人工热电偶测量了第三变形区—刀/工面处铣削温度,并探究了工艺参数对铣削温度的影响规律。试验结果表明:随着刀盘转速、进给速度和背吃刀量的增加,铣削温度逐渐升高;其中,刀盘转速和背吃刀量对切削温度有着更为显著的影响,而进给速度的影响则较小。然后采用红外热像仪对第二变形区刀/屑面的铣削温度进行了测量,并将在同一切削参数条件下人工热电偶与红外热像仪的实测温度与仿真结果进行了比较,结果表明所建3D仿真模型的有效性。最后,在上述所建模型基础上仿真分析不同刀具角度对第一变形区切削温度的影响,为铣刀盘刀具结构设计提供一定的指导意义。     

碳纤维增强复合材料铣削加工中PCD刀具磨损研究

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)切削加工中刀具磨损严重的问题,采用PCD立铣刀对平纹织物CFRP进行铣削试验,分析其刀具磨损形态及刀具磨损对铣削加工的影响。试验表明:PCD立铣刀在切削行程达到4.6m时,槽切削区上表面的毛刺明显增多;PCD刀具的主要磨损形态包括树脂粘附、磨粒磨损和成块剥落破损等形态,其中成块剥落破损最为明显,为CFRP刀具材料的选择和刀具磨损的研究提供参考。     

SiC_p/Al复合材料复杂曲面的精密加工刀具设计

针对高体积分数SiC_p/Al复合材料复杂曲面难加工问题,设计了一种四刃PCD球头立铣刀。首先分析了SiC_p/Al材料性能和工件结构,得到刀具设计要求;其次通过对刀具和工件材料的对比分析,确定了刀具材料为PCD材料以及刀片参数;再次综合实验数据和金属切削原理,优化设计了刀具的基本几何参数,建立了刀具模型;最后进行了新刀具的加工实验,结果表明:设计的球头立铣刀提高了铣削加工性能,有效增加了刀具寿命,可为SiC_p/Al复合材料在航空航天等领域的推广使用提供借鉴。